Koloběh vody v přírodě: Vysvětlení a význam

Voda je nejdůležitější složkou přírodního prostředí planety Země. Mezi jednotlivými geosférami se tak za mnohá tisíciletí ustálily složité procesy látkové výměny. Voda v krajinné sféře umožňuje nejen pohyb hmoty, ale i její nepřetržitě probíhající přeměnu. Zaujímá také klíčové postavení v životě i činnosti člověka, a její úloha roste s mírou rozvoje společnosti.

Významnou vlastností vody je její schopnost nepřetržitě se obnovovat procesem výměny vody mezi světovým oceánem a pevninou. Oceán je převažujícím zdrojem, který v oběhu na Zemi hraje úlohu hlavního dodavatele sladké vody pro pevninu.

Zabývat se vodou na Zemi má hned několik zásadních důvodů. V prvním případě se jedná o zabezpečení lidských potřeb, jako jsou pitná voda, zavlažování, energetické nároky atd.

Rozložení a zásoby vody na Zemi

Celková plocha zemského povrchu zaujímá asi 510 mil. km². Oceány a moře se rozprostírají na 361 mil. km² (70,8 %) a pevnina na 149 mil. km² (29,2 %). Voda a povrch pevniny jsou na povrchu Země rozloženy nerovnoměrně. Na severní polokouli je pevnina soustředěna na 100 mil. km² a na vodní plochu připadá 155 mil. km², na jižní polokouli zabírá pevnina 49 mil. km² a vodní plocha 206 mil. km².

Rozdělení zásob vody na Zemi je v neprospěch sladké vody. Oceány a okrajová moře vytváří světový oceán, v němž je soustředěno 1 338 mil. km³ vody (0,1 % objemu Země). Na pevnině jsou celkové zásoby vody podstatně menší, odhadují se asi na 47, 9 mil. km³, z čehož je asi 35 mil. km³ sladké vody. Největší zásoby sladké vody jsou soustředěny v pevninských ledovcích (24 mil. km³), v podpovrchové vodě (23,7 mil. km³) a v jezerech a řekách (13,5 mil. km³).

Čtěte také: Ekologické aspekty vody v podniku

Malý a velký oběh vody

Ze světového oceánu se voda výparem dostává do atmosféry jako vodní pára, dále je unášena nad pevninu, kde kondenzuje a vrací se zpět ve formě srážek. Část srážek odtéká z pevniny řekami a podzemní cestou zpět do oceánu - tuto část pevniny označujeme jako odtokovou oblast. Část pevniny, na níž sice odtok probíhá, ale nekončí ve světovém oceánu, označujeme jako bezodtokovou oblast (př. oblast Kaspického moře). Řeky zde končí v bezodtokových jezerech a bažinách, kam dotéká i podzemní voda.

Části pevnin, z nichž se uskutečňuje odtok do určitého oceánu, se nazývají úmoří. Ta jsou vzájemně oddělena liniemi hlavního kontinentálního rozvodí. Z ploch úmoří odteče za rok do světového oceánu průměrně asi 40 000 km³ vody.

Stejná nerovnoměrnost se výrazně projevuje i mezi velikosti přítoku vody do částí světového oceánu jižní (46 mm) a severní polokoule (142 mm). Výrazné jsou také rozdíly ve velikosti přítoku do jednotlivých moří (např. do Karského moře 1530 mm, do jižního sektoru Atlantského oceánu jen 37 mm). Přítok vody do oceánů se vyznačuje také nerovnoměrným rozložením v průběhu roku, což je podmíněno režimem srážek a teploty vzduchu (tvorba a tání sněhové pokrývky i ledovců a průběh výparu z povrchu země).

Největší změny v ročním rozložení odtoku byly zjištěny v Severním ledovém oceánu, kdy během léta přitéká 56 % (odtok vody z tajícího sněhu) a v zimě jen 7 % celoročního odtoku. Nejvyrovnanější v průběhu odtoku je přítok do Atlantského oceánu (v květnu dosahuje nejvíce 23 mm a v listopadu nejméně 14 mm). V Tichém a Indickém oceánu se výrazněji projevuje přítok vody z monzunových dešťů.

Roční rozložení celkového přítoku vody do světového oceánu je ovlivněno hlavně režimem říčního odtoku ze povrchu pevniny severní polokoule a rovníkové části umoří Jižní Ameriky. Nejvyšší přítok připadá na letní měsíce (35 % odtoku) a nejmenší na zimní měsíce severní polokoule (17 % odtoku).

Čtěte také: Úklid s Denkmit a horkou vodou

Množství vody v jednotlivých skupenstvích zapojených v rámci oběhu vody na Zemi je stanoveno expertním odhadem a v jednotlivých publikacích se může lišit.

Z povrchu Země se voda v podobě vodní páry vypaří v množství asi 496 000 km³ za rok, z něhož velká část připadá na světový oceán (425 000 km³) a menší na souši (71 000 km³). Jako srážky spadne opět na povrch oceánu 385 000 km³, ty uzavírají tzv. malý oběh vody. Z oblasti nad světovým oceánem se vzdušnými proudy přenáší na pevninu asi 40 000 km³ vody za rok. Zejména transpirací a evaporací vzniklá vodní pára (71 000 km³) se spojuje s vodní parou přenesenou z prostoru světového oceánu a v celkovém množství 111 000 km³ vody pak kondenzuje v podobě srážek. V atmosféře zůstává stabilně vázáno cca 13 000 km³ vody. Z nich jsou 3/4 nad hladinou světového oceánu a ¼ nad souší. Oblasti s maximem této vláhy se rozkládají v rovníkovém a tropickém pásu západní části Tichého oceánu, v povodí řeky Amazonky, v severovýchodní části Jižní Ameriky. Tato vláha, přenášená monzuny a pasáty nad pevniny, podmiňuje v tamních oblastech velké množství srážek a vysoké odtoky.

Zhruba stejné množství vody, jako se dostane nad pevninu vzdušným prouděním, odteče po kondenzaci zpět do oceánu. Skutečná výměna vody mezi světovým oceánem a pevninou je poněkud složitější. Část vláhy z oceánu přenesená nad pevninu spadne sice jako srážky, ty se však vypaří a jako pára jsou zanášeny zpět nad oceán. Celkové množství vodní páry přenášené ze světového oceánu nespadne na pevninu jako srážky. Asi 1/3 z ní se pouze přepraví nad kontinenty a znovu se vrací nad oceán (tranzitní vláha).

Oprostíme-li se od pouhého rozdělení oběhu vody na malý a velký oběh vody, můžeme si více přiblížit rámcový mechanismus tohoto procesu. Výparem se rozumí objem vody nebo výška vrstvy vody vypařené za určitý časový interval z určité plochy. Uvádí se v jednotkách výšky sloupce vypařené vody na jednotce plochy [mm], nebo se sleduje intenzita vypařování [mm.s^-1]. Výpar se měří výparoměrem. Čas trvání setrvání vodní páry v atmosférickém cyklu je poměrně krátký - cca 10 dní.

Povrchový a podzemní odtok

Povrchový odtok probíhá nejčastěji podle schématu oceán - atmosféra - pevnina - povrchový odtok - oceán. Povrchového odtoku se účastní ta část srážkové vody, která se nevypařila ani nevsákla a pohybuje se po povrchu krajiny. Plošný odtok (ron) představuje nesoustředěné stékání vody po zemském povrchu. Voda se tak hromadí v mělkých sníženinách na povrchu terénu a její stékání je určováno směrem sklonu reliéfu. Soustředěným odtokem, jak již vyplývá z názvu, se myslí soustředěné odtékání vody v říčních korytech.

Čtěte také: Tip na koupání v ČR

Podzemní odtok probíhá převážně podle schématu oceán - atmosféra - pevnina - infiltrace do horninového prostředí - podzemní odtok do řek - oceán. Objem vody, který se účastní podzemního odtoku, se odhaduje na 12 000 km³.

Oběh vody na Zemi lze vyjádřit jednoduchými rovnicemi, které jsou matematickým modelem jeho bilance. Rovnice vodní bilance mohou být sestavovány pro jakékoli území řek, jezer. Musí se však sestavovat jako průměr za určitou časovou řadu (př. dekádu). Diverzita hodnot jednotlivých prvků vodní bilance se mění místo od místa. Nejvyšší výpar z oceánů je spojen s velkou ariditou v pásmu pasátů na obou polokoulích (10-20° s. š. a j. š.).

V Atlantském oceánu dosahuje v těchto zeměpisných šířkách 1 960 mm (severní polokoule) a 1 710 mm (jižní polokoule) za rok, v Indickém oceánu 1 999 mm a 2 090 mm, v Tichém oceánu 2 040 mm a 1 940 mm za rok. Směrem k pólům i k rovníku od těchto pásů se výpar z hladiny oceánů zmenšuje.

Maximum srážek nad světovým oceánem spadne v rovníkovém pásu (10-0° s. š.), a to v průměru 2 300mm za rok (největší hodnoty byly naměřeny v JV Asii u břehů Barmy - 4 000 mm). Nejmenší srážkové úhrny jsou v tropických pasátových pásech severní a jižní polokoule mezi 20° a 30° (690 mm s. š. a 1 170 mm j. š.).

Rozdíl mezi srážkami a výparem způsobuje, že nad jednou částí oceánů převyšují srážky nad výparem a vody tam přibývá, nad jinými naopak převyšuje výpar nad srážkami a vody tam ubývá. Tento rozdíl je plynule vyrovnáván mořskými proudy, které každoročně přenášejí asi 22 mil.

Výše popsané procesy mají globální charakter, oběh vody však můžeme vyjádřit také v konkrétním povodí. Uvedenou bilanční rovnici můžeme použít v případě hydrologicky uzavřeného povodí pro libovolné časové období. Je však třeba dbát na to, aby hodnoty jednotlivých členů bilanční rovnice byli vypočítané za stejné časové období. V hydrologii se počítá hydrologická bilance za období hydrologického roku, který začíná 1. listopadu a končí 31.

Za vstup do hydrologického cyklu můžeme považovat srážky. Při jejich dopadu na neprostupný povrch dochází k jejich retenci (zadržování), následnému výparu, nebo přímo k povrchovému odtoku. V případě kontaktu s vegetací dochází nejdříve k intercepci (zadržení vody vegetací) a následnému výparu. Po té se voda dostane přímo do půdy a kořenovým systémem do transpiračního proudu rostlin. Na povrchu půdy se může část vody zachytávat formou povrchové retence a zbytek infiltruje (vsákne se) do pásma aerace (provzdušnění), odkud prosakuje do hlubších vrstev, až dosáhne hladiny nasycení (podzemní vody). Voda, které tohoto pásma nedosáhne, odtéká formou hypodermického (podpovrchového) odtoku. Z pásma nasycení odtéká voda buď ve formě základního podzemního odtoku, nebo se kapilárním zdvihem dostává do pásma aerace.

Vliv lidské činnosti na koloběh vody

Tento úplný koloběh vody je stále více narušený např. odlesňováním, lesními monokultůrami a půdní erozí. Bez stínu stromů je půda teplejší jako dopadající srážková voda, která tak vůbec nevnikne do půdy a klouže rychle po povrchu do potoků a řek a může tak způsobit povodně!! V létě se povrchová voda často velmi rychle vypaří na místě, vytvoří další oblaka a to způsobí další deště. Jedna povodeň vytvoří další.

Potíž je, že žijeme v době klimatických změn a k nim patří i změna malého vodního cyklu na velký cyklus, kdy větší množství energie v atmosféře vede k přesunu vodních mas vysoko do atmosféry a pak s větry někam úplně jinam. Takže hrozí, že to, co se u nás vypaří, spadne v podobě prudkých srážek jinde. V takovém případě by se mohlo ukázat, že vysazování stromů je z hlediska bilance vody v naší krajině vysloveně kontraproduktivní.

Řeky jsou méně plné a uvolňování podzemní vody je v řekách a potocích stálejší, což jim v některých případech umožňuje téci po celý rok. Potoky tečou čistší, což umožňuje budování biotopů ryb a přirozený proces meandrování, aby se dále zvýšila kvalita vody a tvorba stanovišť. Teplotní režimy jsou příznivé pro infiltraci (srážková voda je teplejší než půda pod stromy), protože půda je chladná a mnohem otevřenější, když existuje stromová pokrývka.

Jak zlepšit koloběh vody

Aby se Země vrátila k původní funkčnosti (plnému hydrologickému cyklu a potřeba obnovit i cyklus živin a uhlíku), je třeba mít na paměti, že je potřeba vysadit ty správné rostliny (tzv. meziplodiny), které tvoří živiny (které obnoví koloběh živin, uhlíku a vody) a podpoří půdní život. Jakmile jsou nové rostliny na svém místě, budou znovu absorbovat živiny svými dlouhými kořeny (přísunu živin do vegetace a tím postupné zvýšení hladiny podzemní vody), které voda odebrala z půdy, tím se zastaví eroze a zvýší se kvalita půdy.

Používáme tedy určitá regenerační opatření, jako jsou zemní práce, nebo rotační pastva a tím se bude infiltrovat více vody, která doplňuje vodonosné vrstvy a stabilizuje půdu. To katapultuje systém směrem k regeneraci, protože únik energie známý jako eroze je anulován. Tento energetický cyklus infiltrace vody udržuje delší období fotosyntézy a biologického rozkladu uhlíkového materiálu jako hnací síly přírody, vody, potenciálu.

Tím se opraví půdní potravní síť (půdní mikrobiom), čímž se uvolní živiny a vytvoří půdní podmínky (struktura), které zvyšují účinnost infiltrace vody prostřednictvím nově vznikajícího humusu. To urychluje postupně růst rostlin a když se zásoba živin stabilizuje, ubývá plevel a diverzita a složitost exponenciálně stoupá. Jak tyto fotosyntetizéry pumpují uhlík do půdy a vyvíjejí rozsáhlé kořenové systémy, dále zvyšují dokončení výše uvedených cyklů.

Takto je klima pozitivně ovlivňováno, voda jde dovnitř, místo aby odtékala. Půda se opravuje a její mikroflóra prosperuje, místo aby byla vyhubována obděláváním a chemikáliemi, a uhlík se ukládá, když se půda prohlubuje, spíše než aby byla vyvrhována do atmosféry nebo znečišťovat vodní systémy. Kromě toho biologická rozmanitost vzkvétá, protože stále více zvířat, ptáků a podobně staví na těchto dalších vláknech v potravní síti daného ekosystému.

Závěrem lze říci, že když jsou pole zvířaty příliš nebo nedostatečně spásána (je potřeba rotační pastva na širém pozemku), když je půda obdělávána příliš často a ponechána otevřená a holá, když se zneužívá chemikálie a když se kácí lesy, hydrologický cyklus trpí. Dokončení cyklu znamená regeneraci.

Koloběh vody a jeho význam

Koloběh vody v přírodě je snad nejmohutnějším látkovým oběhem v přírodě. Celkový objem vody na Zemi je konstantní a je ve stálém oběhu. Hnacím motorem celého procesu je Slunce. Všechna voda má původ ve světových oceánech. Slunce otepluje vodní hladinu, voda se ohřívá a vystupuje z ní vodní pára. Při výstupu se páry ochlazují, vytváří mraky, které se pomocí vzduchových proudů dostávají nad kontinenty. Pára v mracích kondenzuje a změnou teploty dochází ke srážkám.

Voda padá na zemský povrch ve formě deště, sněhu, krup. Část vody, která spadne na zem, vyplní prohlubně a odtéká jako voda povrchová do potoků, řek, moří, část se vypaří, část se vsákne do půdy, filtruje se a přijímá minerální a stopové prvky. Odtéká pak jako podzemní voda nebo vystupuje na povrch jako pramen.

Půda a lesy mají pro vodu velký význam. Zdravá půda pohlcuje vodu, obohacuje ji o minerální a stopové prvky, předává ji rostlinám a živočichům v půdě. Pro udržení vody v půdě mají obrovský význam stromy. Kořenový bal jednoho velkého stromu dokáže za rok pojmout 30 000 litrů vody, kterou odevzdává pomocí svých listů formou vodních par do ovzduší.

Jen zdravá půda a zdravý strom mohou tuto funkci plnit dobře. Vodní hospodářství celé planety Země je v těsné souvislosti s počasím. Velké vodní plochy jsou velkým zásobníkem tepla na Zemi.

Toto teplo je předáváno velmi pomalu. Voda tak ovlivňuje celkové klima Země. Méně je známo, že plankton, který žije ve vodě, produkuje kyslík. Obrovské vodní plochy jsou největší zásobárnou kyslíku na Zemi.

Do celého tohoto velmi jemného mechanismu koloběhu vody vstupuje člověk. Svou činností způsobuje změny výstavbou vodních nádrží, závlahových soustav, odvodňovacích systémů, úpravou toků a především znečišťováním.

Koloběh živin, biogeochemické cykly a lidská činnost

7. 7. Koloběh živin udržuje ekosystémy zdravé tím, že přenáší životně důležité prvky, jako je uhlík, dusík a kyslík, prostřednictvím vzduchu, vody, půdy a živých organismů. Koloběh uhlíku a dusíku zásobuje rostliny a živočichy nezbytnými živinami. Procesy, jako je fotosyntéza a rozklad, vrací tyto živiny zpět do životního prostředí.

Biogeochemické cykly jsou procesy, které přenášejí chemické prvky mezi živými organismy, geologickými formacemi a atmosférou. Mezi klíčové cykly patří cykly uhlíku, dusíku, kyslíku a vody. Nutriční cykly zahrnují pohyb prvků, jako je dusík a voda, biosférou, litosférou, hydrosférou a atmosférou. V dusíkovém cyklu je dusík z ovzduší přeměňován půdními bakteriemi na formy, které mohou rostliny využít. Vodní cyklus zahrnuje pohyb vody mezi atmosférou a zemským povrchem prostřednictvím vypařování a srážek.

Primární živiny, neboli makroživiny, jako je dusík (N), fosfor (P) a draslík (K), jsou nezbytné pro růst a metabolismus rostlin. Dusík je nezbytný pro aminokyseliny a bílkoviny, fosfor pro přenos energie prostřednictvím ATP a draslík pro aktivaci enzymů a regulaci vody. Rostliny absorbují tyto živiny z půdy a vstupují do potravního řetězce prostřednictvím býložravců a masožravců.

Sekundární živiny, jako je vápník (Ca), hořčík (Mg) a síra (S), jsou nezbytné pro zdravé ekosystémy, ale jsou potřebné v menším množství. Vápník podporuje strukturu buněčné stěny, hořčík je nezbytný pro chlorofyl a síra je klíčová pro syntézu bílkovin. Tyto živiny se cyklují podobně jako primární živiny, ale hrají specializovanější roli, udržují strukturální integritu a metabolické funkce v organismech.

Kyslíkový cyklus se točí kolem fotosyntézy a dýchání. Rostliny a řasy využívají sluneční světlo k přeměně CO₂ a vody na glukózu a kyslík během fotosyntézy, přičemž uvolňují kyslík do ovzduší. Živočichové a jiné organismy využívají tento kyslík k dýchání, při kterém rozkládají glukózu a uvolňují energii, CO₂ a vodu.

Rozkladači, jako jsou bakterie a houby, jsou nezbytné v kyslíkovém cyklu. Rozkládají mrtvé rostliny a živočichy, uvolňují CO2 do ovzduší a přeměňují mrtvý materiál na živiny pro rostliny. Rozkladači pomáhají recyklovat živiny, zabraňují hromadění odpadu a udržují stabilní hladinu kyslíku. Rozkládají také rostlinné a živočišné látky, což podporuje životní prostředí.

Lidské činnosti, jako je odlesňování a spalování fosilních paliv, zvyšují hladinu CO₂ a snižují produkci kyslíku, čímž narušují kyslíkový cyklus a přispívají ke změně klimatu.

Uhlíkové zásobárny, včetně atmosféry, oceánů, půdy a živých organismů, ukládají a uvolňují uhlík, čímž pohánějí uhlíkový cyklus. Atmosféra zadržuje CO₂, oceány absorbují a uvolňují CO₂, půda ukládá organický uhlík z rozkládající se hmoty a živé organismy využívají uhlík pro růst a uvolňují ho dýcháním. Tyto zásobníky dynamicky interagují, regulují dostupnost uhlíku a ovlivňují klima.

Fotosyntéza a dýchání jsou klíčové procesy v uhlíkovém cyklu. Fotosyntéza, kterou provádějí rostliny, řasy a některé bakterie, zachycuje CO₂ z atmosféry a za pomoci slunečního záření jej přeměňuje na glukózu a kyslík, přičemž uhlík ukládá v rostlinné biomase. Dýchání zvířat, rostlin a mikroorganismů rozkládá glukózu na energii a uvolňuje CO₂ do atmosféry.

Rozklad recykluje uhlík v ekosystémech rozkladem mrtvých organismů. Rozkladači, jako jsou bakterie a houby, uvolňují CO₂ a živiny do prostředí a přeměňují organickou hmotu na jednodušší sloučeniny, které mohou rostliny využít. Tímto procesem se uhlík vrací do atmosféry a obohacuje půdu, čímž se zvyšuje dostupnost živin a podporuje růst rostlin.

Činnosti člověka, jako je spalování fosilních paliv a odlesňování, narušily uhlíkový cyklus. Tím se uvolňují velké množství CO₂, které přispívají ke globálnímu oteplování. Méně stromů znamená menší absorpci CO₂, což zesiluje skleníkový efekt a vede ke změně klimatu, která ovlivňuje počasí, hladinu moří a biologickou rozmanitost.

Fixace dusíku přeměňuje inertní atmosférický dusík (N₂) na amoniak (NH₃) nebo příbuzné sloučeniny, které mohou rostliny využívat. Tento proces provádějí bakterie fixující dusík, jako je Rhizobium v kořenových hlízách luštěnin a volně žijící bakterie, jako je Azotobacter. Dusík může fixovat také blesk, který přeměňuje N₂ na dusičnany. Tyto fixované formy dusíku se dostávají do půdy a podporují růst rostlin.

Nitrifikace a denitrifikace jsou základní půdní procesy v cyklu dusíku. Nitrifikace přeměňuje amoniak na dusitany (NO₂⁻) a poté na dusičnany (NO₃⁻) pomocí nitrifikačních bakterií, jako jsou Nitrosomonas a Nitrobacter. Rostliny absorbují tyto dusičnany jako živiny. Denitrifikace (denitrifikační bakterie, jako je Pseudomonas) přeměňuje dusičnany zpět na plyn N₂, který se uvolňuje do atmosféry.

Dusík je nezbytný pro růst rostlin, protože je součástí aminokyselin, bílkovin a chlorofylu, které jsou zásadní pro fotosyntézu. Rostliny absorbují dusík z půdy ve formě amoniaku (NH₄⁺) a dusičnanů (NO₃⁻). Dostatečný přísun dusíku podporuje silný růst, zvyšuje výnosy a zlepšuje kvalitu plodin.

Lidské činnosti, jako je používání syntetických hnojiv, spalování fosilních paliv a průmyslové procesy, mají významný vliv na dusíkový cyklus. Tyto činnosti zvyšují obsah dusíku v půdě a vodě, což způsobuje nerovnováhu živin, znečištění, eutrofizaci, rozkvět řas a vyčerpání kyslíku.

tags: #koloběh #vody #v #přírodě #vysvětlení

Oblíbené příspěvky:

• Znečištění ovzduší: Komplexní přehled problematiky
• Jesenická divočina
• Koncept Environmentální Pyramidy
• Dopad recyklace nopové fólie na životní prostředí
• Ohrožení a schizofrenie